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月球在太阳系中主要会受到两个天体的引力，一个是地球，另一个是太阳，通常来讲，有不少人都会认为地球对月球的引力比太阳大，所以月球才会一直跟着地球跑，而没有被太阳吸过去，但我们仔细计算一下就会发现事实并不是这样的。 已知太阳、地球和月球的质量分别为1.989 x 10^30千克、5.965 x 10^24千克、7.349 x 10^22千克，太阳和月球平均距离为1.496 x 10^11米，地球和月球平均距离为3.844 x 10^8米。 我们将上述数据代入牛顿给出的万有引力计算公式“F = GMm/r^2”，再将其中的引力常量取值为6.67 x 10^(-11），就可以计算出太阳对月球的引力约为4.36 x 10^20牛顿，而地球对月球的引力则约为1.99 x 10^20牛顿，可以看到，太阳对月球的引力比地球大两倍多。 那么问题就来了，既然太阳对月球的引力比地球更大，那为什么月球会一直跟着地球跑，而没有被太阳吸过去？ 其实月球的运动可以简单地描述为：月球一直在与地球一起围绕着太阳做圆周运动，在此过程中，太阳对月球和地球的引力充当了向心力，另一方面，月球又一直在围绕着地球做圆周运动，在此过程中，地球对月球的引力充当了向心力，其运行轨迹大概是下图这样的。 （注：上图是为了方便大家理解月球的运行轨迹，实际情况并没有这么夸张） 由此可见，对于月球来讲，太阳引力和地球引力并不是像在拔河一样，而是形成了一种持久且稳定的平衡，这样就可以让月球一直处于“在围绕着太阳公转的同时，又一直跟着地球跑”这种状态。 为什么会形成这种平衡呢？这就要说到“限制性三体问题”，这是三体问题的一种特殊情况，简单来讲就是：在三个天体中，有一个天体的质量相对于其他两个天体很小，以至于可以忽略。 “限制性三体问题”有五个名为“拉格朗日点”的特解，一般将它们分别称为“L1、L2、L3、L4、L5”，我们可以简单理解为，“拉格朗日点”是“限制性三体问题”中的两个质量较大的天体的引力平衡点，假如质量最小的那个天体位于“拉格朗日点”，那么它就可以与质量第二大的天体保持同步运动。 上图为太阳与地球的五个“拉格朗日点”，其中“L1”和“L2”都位于地球附近，它们与地球的距离均为150万公里，位于这两个位置的小天体刚好可以与地球同步围绕太阳公转，这也就意味着，在“L1”和“L2”的位置上，地球的引力可以保证小天体不会远离自己而去。 由于引力的大小与距离的平方是反比例关系，如果一个小天体比“L1”和“L2”离地球更近，那么地球对它的引力就会更大，这个小天体就更不会远离地球了。 反过来讲，如果一个小天体比“L1”和“L2”离地球更远，那么地球对它的引力就会减小，以至于无法使其与自己保持同步，因此这个小天体就离地球越来越远（至于它会不会被太阳吸过去，则要看它的运动方向以及相对于太阳的速度）。 所以我们可以得出一个结论：在以地球为中心，半径为150万公里（即“L1”和“L2”与地球的距离）的球体空间内，地球的引力可以保证小天体不会远离，也就是说，只要月球一直运行在这个球体空间之内，它就不会远离地球而去。 事实上，月球与地球的距离最远也只有40.5万公里，远远小于上述球体空间的半径，在此基础上，再加上月球刚好拥有合适的运动方向以及相对于地球的速度，所以它就能稳定地围绕着地球公转，从而实现“在围绕着太阳公转的同时，又一直跟着地球跑”。 好了，今天我们就先讲到这里，欢迎大家关注我们，我们下次再见。 |
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